汽车制动系统的发展与应用

汽车制动系统的发展与应用

每个车辆都配备有路面制动系统和商用车动态系统，一些车辆还配备了第二动态系统（应急引导系统）。此外，一些大型商用车也配备了辅助动态系统（缓速器）。其中,行车制动系统的作用是使行驶中的汽车减速,直至停车,它是行车途中使用最频繁的一种制动装置,其工作性能的优劣,直接决定着汽车行驶的安全性。自汽车诞生以来,它经历了传统的机械式行车制动系统、电控防抱死制动系统/电子制动力分配系统/制动辅助系统/驱动防滑系统、电子稳定程序控制系统和线控制动系统,目前汽车上已开始大量普及电控防抱死制动系统,在很多中高级车逐步向电子稳定程序控制系统上发展,在部分豪华车对线控制动系统也进行了尝试。一、总线锁闭系统的组成和分类(一)汽车制动系统制动系统主要由供能装置、控制装置、传动装置和制动器四个部分组成,现代制动系统还包括制动力调节装置、报警装置和压力保护装置等辅助装置。供能装置,用于产生汽车制动所需的制动力,主要有人体机械能、空气压缩机及液压泵三种;控制装置,包括产生制动动作和控制制动效果的各种部件,如制动踏板、制动阀等;传动装置,是将供能装置产生的制动能量传输到制动器的媒介,主要有液压管路和气动管路等。为保证行车安全,目前所有汽车都采用双回路制动系统,如轿车的左前轮和右后轮共用一条制动回路、右前轮和左后轮共用另一条制动回路,当一个回路失效时,另一个回路仍能工作;制动器,是产生阻碍汽车运动或者运动趋势的力的部件。目前汽车制动器基本都是摩擦式制动器,按照摩擦副中旋转元件的不同,可分为鼓式制动器和盘式制动器,与鼓式制动器相比,盘式制动器的机械部分外露,散热性能好,减少了由于摩擦热而产生的制动衰退现象,制动性能较稳定,因此,广泛应用于轿车、SUV、MPV和轻型客车等小型车,而且在向着大中型汽车普及。(二)动力制动系统行车制动系统按制动能源可分为人力制动系统、动力制动系统和伺服制动系统。人力制动系统是以驾驶员的肌体作为惟一制动能源的制动系统,它有机械式制动和液压式制动两种形式,其中机械式制动主要用于驻车制动系统。动力制动系统的制动能源是发动机所驱动的油泵或气泵,人力仅作为控制来源,可分为液压制动、气压制动和气顶液制动。另外,目前正在发展的线控制动使用了电机作为制动能源,人力踩制动踏板作为控制来源。伺服制动系统是兼用人力和发动机作为制动能源,正常情况下制动能量由动力伺服系统供给,动力伺服系统失效时可由人力供给制动能量,这时伺服制动系统就变为人力制动系统,伺服制动系统可以用气压能、真空能(负气压能)以及液压能作为伺服能量,形成各种形式的助力器。二、传统的行驶抑制系统(一)制动蹄制动盘关闭液压制动系统是目前汽车上应用最为广泛的一种制动系统,该系统主要由制动踏板、真空(液压)助力器、制动主缸、轮缸、制动液储液罐、制动管路和车轮制动器等部件组成。制动系统不工作时,车轮制动器的蹄鼓(盘片)间有间隙,车轮和制动鼓(制动盘)可自由旋转,储液罐里的制动液与制动管路相通;采取制动时,踏下制动踏板,使真空(液压)助力器推动主缸活塞前移,管路与储液罐间的通道关闭,在活塞的作用下,使主缸制动液压力上升,使制动液在一定压力下流入轮缸,通过轮缸活塞使制动蹄摩擦片压紧在制动鼓的内圆面上(两摩擦片压紧在制动盘上),不转的制动蹄(摩擦片)对旋转的制动鼓(制动盘)产生摩擦,从而产生制动力,使汽车减速甚至停车;解除制动时,松开制动踏板,回位弹簧将制动蹄拉回原位,制动力消失。传统液压制动系统结构简单,工作可靠,使用成本较低,因此,大量应用于各种型号的乘用车及微型、轻型和部分中型商用车。随着汽车技术的发展,传统液压制动系统也有了长足的发展,从供能装置的发展来看,液压制动系统最早是采用纯人力机械制动,没有助力装置。接着出现了以真空助力器助力的液压伺服制动系统,当有了液压助力转向后,又发展到采用液力助力器进行助力的全液压动力制动系统。从使用的车轮制动器来看,液压制动系统从四轮全鼓式制动器发展到前轮盘式制动器后轮鼓式制动器,再发展到四轮全盘式制动器。(二)储气筒、制动气压制系统是以发动机的动力驱动空气压缩机作为车轮制动器制动的惟一能源,而驾驶员的体力仅作为控制能源的一种动力制动系统。它主要由空气压缩机、储气筒、气管、气压表、双腔制动阀、制动踏板、制动气室和车轮制动器等机件组成。发动机工作时,带动空气压缩机工作,产生的高压压缩空气进入湿储气筒,经冷却油水分离之后,进入储气筒。储气筒内的气压由调压阀控制,当超过规定值时,空气压缩机空转而停止向储气筒供气;当储气筒的气压值低于规定值时,蜂鸣电路接通报警。不采取制动时,各制动气室分别经制动阀与大气相通,而与来自储气筒的压缩空气隔绝;当踏下制动踏板时,制动阀切断各制动气室与大气的通道,接通储气筒与各制动气室的通道,于是储气筒的两个腔便独立地经制动阀向各制动气室供气,在制动气室推杆的作用下,使制动蹄摩擦片压紧在制动鼓的内圆面上,产生摩擦力;当放松制动踏板时,各制动气室的压缩空气经制动控制阀放气,制动蹄摩擦片与制动鼓在回位弹簧的作用下分离,制动解除。气压制动系统具有无泄漏污染、气源供应充足、操纵轻便、制动力较大等优点。缺点是消耗发动机的动力、结构相对复杂、制动不如液压式柔和、一般用于制动管路长的中、重(大)型商用汽车。气压制动系统的车轮制动器大多采用鼓式制动器,少量高档汽车采用盘式制动器。三、abs制动系统的工作原理传统制动系统四个车轮的制动力(液压能或气压能)是均匀分配的,当路面附着系数小时,容易使车轮抱死,使汽车失去转向能力或产生侧滑、甩尾甚至翻车现象,而车轮与地面之间刚要发生滑移但又不“抱死”时的制动效果最好。为此在汽车上安装了电子控制防抱死制动系统(ABS),其实质是控制汽车的滑移率,使其保持在10%~20%之间,保证汽车具有最大的附着力,从而提高汽车的制动力。通常,电控防抱死制动系统是在普通制动系统的基础上加装车轮速度传感器、ABS电控单元、制动压力调节器、ABS警告灯及制动控制电路等机件组成的。其工作原理是:制动过程中,电控单元不断地从传感器获取车轮速度信号,并加以处理,分析是否有车轮即将抱死拖滑。如果没有车轮即将抱死拖滑,制动压力调节器不参与工作,制动主缸和各制动轮缸相通,制动轮缸中的压力继续增大,此即为ABS制动过程中的增压状态。如果电控单元判断出某个车轮(假设为左前轮)即将抱死拖滑,它即向制动压力调节器发出指令,关闭制动主缸与左前制动轮缸的通道,使左前制动轮缸的压力不再增大,此即为ABS制动过程中的保压状态。若电控单元判断出左前轮仍趋于抱死拖滑状态,它即向制动压力调节器发出指令,打开左前制动轮缸与储液室或储能器的通道,使左前制动轮缸中的油压降低,此即为ABS制动过程中的减压状态。ABS制动压力调节器通常由电动泵、储能器、电磁控制阀和一些控制开关等组成。实质上,ABS系统就是通过电磁控制阀体上的控制阀控制分泵上的油压迅速变大或变小,从而实现防抱死制动功能。ABS系统不仅防止了制动时车轮抱死,提高制动效能,而最主要的是制动时仍然能实现前轮转向。ABS系统不仅广泛应用于液压制动系统,而且还应用于气压制动系统,在气压制动系统上采用控制阀代替制动压力调节器来进行压力调节。随着人们对汽车安全性能要求的不断提高,它逐渐成为汽车主动安全系统的一个标准配置,不仅广泛应用于轿车、SUV、MPV等乘用汽车,而且大量应用于客车和高端货车等商用汽车。四、电子制动力分配系统传统制动系统会平均将制动总泵的力量分配至四个车轮,这样的分配并不符合制动力的使用效益。为提高ABS系统的使用性能,很多汽车上还安装了电子制动力分配系统(EBD),该系统依托ABS系统的硬件,组成“ABS+EBD”,以使制动力做出最佳的应用。配置有EBD系统的汽车,会自动侦测各个车轮与地面的抓地力状况,将制动系统所产生的能量,适当地分配至四个车轮,在EBD系统的辅助之下,制动力可以发挥出最佳的效能,使得制动距离明显地缩短,并在制动时保持汽车平稳,提高行车安全。五、制动辅助系统经试验得知,在突然出现紧急情况时,驾驶员一般都会采取紧急制动,在短时间内大力踩下制动踏板,然而从开始制动到达到最大制动力需一定时间或者有时不能达到最大制动力,有时可能在初次碰撞平息后驾驶员会过早地松动制动踏板,这样很容易出现制动距离加长的现象。为解决上述情况,在汽车上安装了制动辅助系统(BAS),有的汽车或称为EBA或BA。当出现紧急制动时,BAS系统会认知这种紧急状况而在毫秒内达到最大制动力。由于更早地施加了最大的制动力,紧急制动辅助装置可显著缩短汽车的制动距离,据资料介绍,在超过120km/h的车速下进行制动,EBA有时会减少多至10m的制动距离。六、abs/r系统ABS系统是仅控制制动的一个单循环系统,它不控制牵引力,为防止汽车在起步或加速时驱动轮的滑动,在ABS系统基础上还安装了驱动防滑系统(ASR),又称牵引力控制系统(TCS),它是ABS系统的延伸,也是对ABS系统的完善和补充。ASR系统大多借用ABS系统的硬件,两者共存一体,发展成为ABS/ASR系统。该系统只对驱动车轮进行控制,是既控制制动又要控制发动机动力输出的多循环系统,例如,当汽车突然加速出现驱动轮打滑空转时,ASR系统会立即起作用,通过制动系统向打滑的车轮施加一个制动力,同时指令电子油门降低发动机功率的输出,从而制止车轮打滑。目前,ABS/ASR已在高端的商用汽车上普遍使用。七、从汽车转向驱动模块abs,由汽车还原式结构组成;城市公车随着对汽车安全性能的要求越来越高,一些中、高级轿车还安装了电子稳定程序控制系统(ESP),有的汽车或称为VDC、DSC等。通常ESP都是和ABS/EBD/BAS/ASR等电子辅助系统相互整合在一起,包含着ABS、EBD和ASR等系统的功能,因此,ESP称得上是当前汽车防滑装置的最高级形式。ESP系统主要由电控单元(ECU)、转向传感器(监测方向盘的转向角度)、车轮传感器(监测各个车轮的速度转动)、侧滑传感器(监测车体绕垂直轴线转动的状态)、横向加速度传感器(监测汽车转弯时的离心力)等组成。汽车行驶时,转向及制动参数不断传入电控单元,电控单元再结合横向加速传感器传来的横向加速度值,电控单元会感知目前的汽车状态。若转向过猛导致汽车摆尾失控时,ESP系统会立即修正,使汽车回到正常的轨道上。需要说明的是,有ESP与只有ABS和ASR的汽车,它们的差别在于ABS与ASR只能被动地作出反应,而ESP则能够主动地探测和分析车况并纠正驾驶错误,防患于未然。ESP对过度转向或不足转向特别敏感,当汽车在滑路上左转过度时会产生向右侧甩尾,传感器感觉到滑动就会迅速制动右前轮使其恢复附着力,产生一种相反的转矩而使汽车保持在原来的车道上。鉴于ESP系统的强大安全功能,美国规定所有新生产的轿车均须安装ESP系统。八、ehb和全电制动系统线控制动系统是一种全新的制动系统,它的制动能源来自蓄电池或其它供能装置,用全新的电子制动器和集中控制的电子控制单元(ECU)进行制动系统的整体控制,每个制动器有各自的控制单元。该系统机械连接逐渐减少,制动踏板和制动器之间动力传递分离开来,取而代之的是电线连接,电线传递能量,数据线传递信号,所以这种制动被称作线控制动(BBW)。该系统可分为电液制动系统(EHB)、全电制动系统(EMB)和混合制动系统(HBS)。电液制动系统采用电子控制取代了传统制动系统中制动踏板与车轮制动器之间的机械及液压连接,即由电气控制替代了原先的杆系、液压管路以及真空助力器连接。EHB系统制动时,首先由踏板行程模拟器中集成的行程传感器及压力传感器感应驾驶员施加在踏板上制动力的速度及强度,以获得(识别)驾驶员的制动意图;然后EHB计算机根据系统电气线路传输来的感应信号,计算出各车轮所需的制动力;接着液压执行单元根据EHB计算机输出的控制指令通过高压蓄能器分别向各车轮精确施加所需的制动力,使得汽车更快速、更稳定地制动或减速。全电制动系统没有电液制动系统的高压储能器,它通过电机驱动将摩擦片推向制动盘,直接在制动钳上产生相应的制动力。由于EMB工作时无需液压,因此也被称为“干式”线控制动系统,它是未来制动系统的发展方向。该系统具有以下优点:一是结构简单,质量小;二是制动响应时间短,制动距离短;三是系统可并入汽车CAN通讯网络进行集中管理和共享信息,有利于功能扩展。混合制动系统是指前轮采用电液制动、后轮采用全电制动的混合式线控制动系统,是干式线控制动系统之前的过渡方案。如果全套制动系统都采用全电制动技术,则需要42伏的电源以取得较高的前轮制动力,事实上该技术在未来的几年内还不可能成为现实。采用混合制动系统后,后轮的全电制动系统可沿用传统的12伏电压,